CN116859518A - 一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔、系统及方法 - Google Patents

一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔、系统及方法 Download PDF

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徐英杰
鹿利单
董明利
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Abstract

本发明提供了一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔，包括，微环，以及布置在所述微环两侧的第一直线波导和第二直线波导，其中，所述第一直线波导、所述第二直线波导的耦合区域向外延伸形成第一三角形结构和第二三角形结构。本发明微环谐振腔的第一直线波导和第二直线波导由于存在三角形结构的存在，当光在耦合点传输时，光程变长，传输速度变慢，导致第一直线波导和第二直波导中传输光的相位因子降低为负值，实现微环卷积池中的微环谐振腔的输出端口输出负值权重。

Description

一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔、系统及方法
技术领域
本发明涉及光子神经拟态计算芯片技术领域，特别是涉及一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔、系统及方法。
背景技术
微环卷积核是光子卷积神经网络中重要的组成部分，通常将其输出光谱的光强作为卷积核中的权重，进行卷积运算。通常而言，传统的微环卷积池中的微环谐振腔的输出端口只能输出正值权重，且范围在0-1之间。然而实际卷积运算中也存在着负值权重，所以正值权重只适用于部分光子卷积。
发明内容
为了解决现有技术中缺乏负值权重微环卷积核的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔，所述微环谐振腔包括，微环，以及布置在所述微环两侧的第一直线波导和第二直线波导，
其中，所述第一直线波导、所述第二直线波导的耦合区域向外延伸形成第一三角形结构和第二三角形结构。
优选地，所述第一直线波导包括input端和thorugh端，所述第二直线波导包括drop端。
本发明的另一个目的在于提供一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的系统，所述系统包括：微环谐振腔，
微环谐振腔的第一直线波导的thorugh端和第二直线波导的drop端连接平衡探测器；所述平衡探测器连接跨阻放大器。
本发明的又一个目的在于提供一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的方法，所述方法包括：
光从微环谐振腔的第一直线波导的input端输入，
平衡探测器采集第一直线波导的thorugh端输出的光信号，并转换为第一电信号，平衡探测器采集第二直线波导的drop端输出的光信号，并转换为第二电信号；
将第一电信号和第二电信号做差，得到负值权重。
本发明提供的一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔、系统及方法，微环谐振腔的第一直线波导和第二直线波导由于存在三角形结构的存在，当光在耦合点传输时，光程变长，传输速度变慢，导致第一直线波导和第二直波导中传输光的相位因子降低为负值，实现微环卷积池中的微环谐振腔的输出端口输出负值权重。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出了本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔的结构示意图。
图2示出了本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔的thorugh端传输光谱的示意图。
图3示出了本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔的drop端传输光谱的示意图。
图4示出了本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔thorugh端传输光谱减去drop端传输光谱的示意图。
图5示出了本发明一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
如图1所示本发明本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔的结构示意图，根据本发明的实施例，一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔100包括，微环105，以及布置在微环105两侧的第一直线波导101和第二直线波导102，微环105上覆盖加热器106。第一直线波导101包括input端和thorugh端，第二直线波导102包括drop端。
第一直线波导101、第二直线波导102的耦合区域向外延伸形成第一三角形结构103和第二三角形结构104。
本发明以第一直线波导101的through端口和第二直线波导102的drop输出Fano共振。光从第一直线波导101的input端输入，在第一直线波导101、第二直线波导102与微环105的耦合区域耦合入微环105，在微环105中谐振后，再通过耦合区域从第一直线波导101的through端以及第二直线波导102的drop端输出。
如图2所示本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔的thorugh端传输光谱的示意图，图3所示本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔的drop端传输光谱的示意图。本发明第一直线波导101的through端和第二直线波导102的drop端输出光谱是具有尖锐谐振峰的Fano共振。
本发明在第一直线波导101和第二直线波导102上引入了第一三角形结构103和第二三角形结构104，在第一直线波导101与第二直线波导102中产生相位差，然后与微环105耦合。
当光从第一直线波导101的input输入到第一直线波导101中，由于第一直线波导101和第二直线波导102存在第一三角形结构103和第二三角形结构104，当光在耦合点传输时，光程变长，传输速度变慢，导致第一直线波导101与第二直线波导102中传输光的相位因子降低为负值，其余满足耦合条件的光耦入微环105中。如图4所示本发明一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔thorugh端传输光谱减去drop端传输光谱的示意图。
在具有连续传播模式的第一直线波导101和第二直线波导102中引入三角形波导产生相位突变，然后与具有离散传播模式的微环105进行耦合，进而产生Fano共振，每个共振波长都能实现Fano共振。
下面采用耦合模理论和传输矩阵法来分析本发明微环谐振腔的Fano共振。
耦合模理论能够分析器件的耦合系数和耦合腔的本征参数对器件性能的影响，复杂器件结构能够拆解成基本硅光元器件，且每个基本元器件都有对应的传输矩阵，传输矩阵表示每部分的光场传输特性，用这些矩阵相乘能够得到整个器件的传输光谱。采用传输矩阵分析微105和具有三角形结构的第一直线波导101和第二直线波导102耦合的输出特性。输入光传输至耦合区域，一部分直接在具有三角形结构的第一直线波导101和第二直线波导102中传输，是连续态的光；另一部分则在耦合区域耦入微环105中，在微环105完成谐振后，再从耦合区域耦入具有三角形结构的第一直线波导101和第二直线波导102，这部分光是离散态，离散态与连续态的光发生相互作用则会产生Fano共振。
入射光场为Eo时，第一直线波导101的through端的传输光谱可以由式(1)表示：
式中，t和k1(k2)分别是耦合区域的透射系数和耦合系数，κ2＝k1k2＝1－t2，α为线性损耗系数，△φ是三角波导引起的相位差，δ是往返相位延迟量，且δ＝2LR/λ，n代表波导的有效折射率，λ是工作波长，LR为微环的周长。
从第一直线波导101的input端输入的光，部分从第一直线波导101的through端输出，其余的则从第二直线波导102的drop端输出。drop端也能输出Fano共振，而且光谱斜率正好与through端相反。
如图5所示本发明一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的系统的结构示意图，根据本发明的实施例，提供一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的系统，包括本发明所述提供的微环谐振腔100。
微环谐振腔100的第一直线波导101的thorugh端和第二直线波导102的drop端连接平衡探测器200，平衡探测器200连接跨阻放大器300。
根据本发明的实施例，提供一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的方法，方法包括：
光从微环谐振腔100的第一直线波导101的input端输入，经过微环105与具有三角形结构的第一直线波导101和第二直线波导102耦合，第一直线波导101在through端和第二直线波导102的drop端输出Fano共振光谱。
平衡探测器200采集第一直线波导101的thorugh端输出的光信号，并转换为第一电信号，平衡探测器200采集第二直线波导102的drop端输出的光信号，并转换为第二电信号。
跨阻放大器300将第一电信号和第二电信号做差，得到负值权重。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种实现负值权重的Fano共振微环谐振腔，其特征在于，所述微环谐振腔包括，微环，以及布置在所述微环两侧的第一直线波导和第二直线波导，
其中，所述第一直线波导、所述第二直线波导的耦合区域向外延伸形成第一三角形结构和第二三角形结构。
2.根据权利要求1所述的微环谐振腔，其特征在于，所述第一直线波导包括input端和thorugh端，所述第二直线波导包括drop端。
3.一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的系统，其特征在于，所述系统包括：权利要求1或2任一权利要求所述的微环谐振腔，
微环谐振腔的第一直线波导的thorugh端和第二直线波导的drop端连接平衡探测器；所述平衡探测器连接跨阻放大器。
4.一种Fano共振微环谐振腔实现负值权重的方法，其特征在于，所述方法包括：
光从微环谐振腔的第一直线波导的input端输入，
平衡探测器采集第一直线波导的thorugh端输出的光信号，并转换为第一电信号，平衡探测器采集第二直线波导的drop端输出的光信号，并转换为第二电信号；
将第一电信号和第二电信号做差，得到负值权重。
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